JP2006125345A - 点火時期制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】吸気バルブのリフト量が可変制御される場合であれ、点火時期設定についての自由度を高く維持しつつ、失火発生を的確に抑制することのできる点火時期制御装置を提供する。
【解決手段】この装置は、吸気バルブのリフト量を可変設定するリフト量可変機構を有する内燃機関に適用され、該内燃機関の運転状態に応じて点火時期を遅角制御する。点火時期の遅角制御に際して、失火回避にかかる点火時期の遅角限界ＡＬを設定するとともに、リフト量可変機構によって変更されるリフト量に基づいて遅角限界ＡＬを可変設定する（Ｓ１００〜Ｓ１０４）。
【選択図】 図３

Description

本発明は、吸気バルブのリフト量が可変設定される内燃機関に適用されてその点火時期を遅角制御する点火時期制御装置に関するものである。

内燃機関にあっては通常、ノッキング発生の抑制やドライバビリティの向上などを図るべく、その運転状態に応じて点火時期を遅角制御する点火時期制御が実行される。この点火時期制御では、点火時期を過度に遅角すると失火発生を招くことから、失火発生の可能性の高くなる範囲（失火範囲）まで遅角されることのないように点火時期が制御される。

また、内燃機関に採用されるシステムとしては近年、機関運転条件に応じて吸気バルブのリフト量を可変とするリフト量可変制御システムが提案されている（例えば特許文献１参照）。
特開２００１−２６３０１５号公報

ところで、リフト量可変制御システムの搭載された内燃機関にあって、吸気バルブのリフト量が変更されると、機関燃焼室内における混合気の燃焼状態が変化し、これに伴って上述した失火範囲も変化するようになる。そのため、場合によっては、失火発生が適正に抑制されなくなるおそれがある。

ここで、点火時期を十分に余裕をみた進角側の時期に制御することで、上記失火範囲の変化によることなく、失火発生を確実に回避することは可能になる。しかしながら、こうした制御態様の採用は、点火時期の設定可能範囲を不要に狭くし、その設定についての自由度を低下させることともなるために、あまり効率的な対処方法とは言い難い。

本発明は、そうした実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、吸気バルブのリフト量が可変制御される場合であれ、点火時期設定についての自由度を高く維持しつつ、失火発生を的確に抑制することのできる点火時期制御装置を提供することにある。

以下、上記目的を達成するための手段及びその作用効果について説明する。
先ず、請求項１に記載の発明は、吸気バルブのリフト量を変更するリフト量可変手段を有する内燃機関に適用され、該内燃機関の運転状態に応じて点火時期を遅角制御する点火時期制御装置において、前記遅角制御に際して、失火回避にかかる点火時期の遅角限界を設定するとともに、前記リフト量可変手段によって変更されるリフト量に基づいて前記遅角限界を可変設定することをその要旨とする。

上記構成によれば、失火回避にかかる点火時期の遅角限界を、リフト量可変手段によって変更される吸気バルブのリフト量に応じたかたちで、換言すれば、失火発生の可能性の高くなる点火時期の範囲（失火範囲）の変化に即したかたちで設定することができるようになる。したがって、点火時期設定についての自由度を高く維持しつつ、失火発生を的確に抑制することができるようになる。

ここで、吸入空気量一定の条件下では、吸気バルブのリフト量が小さく設定されているときほど、内燃機関における圧縮端温度及び圧縮端圧力（圧縮上死点での燃焼室内の圧力／温度）が高くなる。これは、リフト量の縮小により、吸気バルブ部分の吸気通路面積が縮小されて同部分における吸入空気の流速が上がり、それに伴う摩擦熱の増加によって吸入空気の温度が高くなるためである。そして、このように圧縮端温度及び圧縮端圧力が高くなることから、リフト量が小さく設定されているときほど、混合気が着火され易くなって失火が発生し難くなり、上記失火範囲が遅角側に広くなると云える。

この点、請求項２に記載の発明によるように、リフト量可変手段によってリフト量が小さく設定されているときほど前記遅角限界を遅角側の時期に設定することにより、同遅角限界として、そうした失火範囲の変化に即した適正な時期を設定することができるようになる。

以下、本発明にかかる点火時期制御装置を具体化した一実施の形態について説明する。
図１に、本実施の形態にかかる点火時期制御装置の概略構成を示す。
同図１に示すように、内燃機関１０の吸気通路１２には、スロットルバルブ１４が設けられている。このスロットルバルブ１４の開度制御により、吸気通路１２を通じて燃焼室１８内に吸入される空気の量が調節される。また、上記吸気通路１２には燃料噴射弁２０が設けられている。この燃料噴射弁２０は吸気通路１２内に燃料を噴射する。

内燃機関１０の燃焼室１８においては、吸入空気と噴射燃料とからなる混合気に対して点火プラグ２２による点火が行われる。このときの点火プラグ２２による点火時期の調節はイグナイタ２２ａによって行われる。この点火動作によって混合気が燃焼してピストン２４が往復移動し、クランクシャフト２６が回転する。そして、燃焼後の混合気は排気として燃焼室１８から排気通路２８に送り出される。

内燃機関１０において、吸気通路１２と燃焼室１８との間は吸気バルブ３０の開閉動作によって連通・遮断され、燃焼室１８と排気通路２８との間は排気バルブ３２の開閉動作によって連通・遮断される。また、吸気バルブ３０はクランクシャフト２６の回転が伝達される吸気カムシャフト３４の回転に伴って開閉動作し、排気バルブ３２は同じくクランクシャフト２６の回転が伝達される排気カムシャフト３６の回転に伴い開閉動作する。

吸気カムシャフト３４の吸気バルブ３０との間にはリフト量可変手段としてのリフト量可変機構４２が設けられている。このリフト量可変機構４２は、吸気バルブ３０のリフト量及び開弁期間（リフト作用角）を機関運転条件に応じて可変設定するものであり、電動モータ等のアクチュエータ４４の駆動制御を通じて作動する。図２に示すように、このリフト量可変機構４２の作動により、吸気バルブ３０のリフト量及びリフト作用角は互いに同期して変化し、例えばリフト作用角が小さくなるほどリフト量も小さくなる。なお、本実施の形態では、リフト量可変機構４２の作動を通じて、吸気バルブ３０のリフト量及びリフト作用角が、例えば内燃機関１０の暖機完了前よりも暖機完了後の方が小さくなるように設定される。

内燃機関１０には、その運転状態を検出するための各種センサが設けられている。そうした各種センサとしては、例えばクランクシャフト２６の回転角（クランク角）及び回転速度（機関回転速度）を検出するためのクランクセンサ５２や、燃焼室１８内に吸入される空気の量（吸入空気量ＧＡ）を検出するための空気量センサ５４が設けられている。また、リフト量可変機構４２によって設定されている吸気バルブ３０のリフト量（正確には、リフト量可変機構４２の作動量）を検出するための作動量センサ５６や、ノッキング発生の有無を検出するためのノックセンサ５８等も設けられている。

内燃機関１０は、例えばマイクロコンピュータを有して構成される電子制御装置５０を備えている。この電子制御装置５０は、各種センサの検出信号を取り込むとともに各種の演算を行い、その演算結果に基づいて点火時期制御や、リフト量可変機構４２の作動制御等といった機関制御を実行する。

上記点火時期制御は、以下のように実行される。
本実施の形態にかかる点火時期制御では、ノッキング発生状況に応じた点火時期の遅角制御（ノック制御）が実行される。このノック制御では、基本点火時期Ａｂｓｅ及び点火時期の要求遅角量Ａｋｎｋがそれぞれ求められ、式「Ａｃａｌ←Ａｂｓｅ＋Ａｋｎｋ」のように、基本点火時期Ａｂｓｅに要求遅角量Ａｋｎｋを加算することによって要求点火時期Ａｃａｌが算出される。

基本点火時期Ａｂｓｅは、ノッキング等による影響を考慮せずに機関出力が最大となるように設定された点火時期であり、機関回転速度や機関負荷等といった機関運転状態に基づいて算出される。

要求遅角量Ａｋｎｋは、後述する最大遅角量Ａｋｍａｘ、ノッキング学習量Ａｇｋｎｋ及びノッキング制御量Ａｋｃｓに基づいて、式「Ａｋｎｋ←Ａｋｍａｘ−Ａｇｋｎｋ＋Ａｋｃｓ」から算出される。

最大遅角量Ａｋｍａｘは、基本点火時期Ａｂｓｅについてこれをノッキングの発生が確実に抑制できる遅角側の時期に補正するための補正量であり、機関運転状態に基づき算出される。ノッキング学習量Ａｇｋｎｋは、基本点火時期Ａｂｓｅから最大遅角量Ａｋｍａｘだけ遅角させた時期をノッキングの発生状況に応じて進角補正するためのものであり、ノッキングが頻繁に発生する場合には徐々に小さい値に更新され、逆にノッキングの発生頻度が低い場合には徐々に大きい値に更新される。ノッキング制御量Ａｋｃｓは、現在のノッキングの発生頻度に応じて点火時期を遅角側の時期に補正するためのものであり、ノッキングが発生していないときには所定量減算され、ノッキングが発生しているときには所定量加算される。

また、上述したノック制御の他にも、点火時期制御においては、例えばフューエルカット終了直後の燃料噴射再開に伴うショックを低減するための点火時期の遅角制御や加速ショックを低減するための点火時期の遅角制御など、各種の過渡制御が実行されている。

そして、ノック制御において設定される要求点火時期Ａｃａｌと、過渡制御において設定される要求点火時期とが比較されるとともに、そのうちの最も遅角側の時期が選択され、その選択された要求点火時期が点火時期制御における最終的な制御目標値（最終点火時期Ａｏｐ）として設定される。

更に、本実施の形態の点火時期制御では、最終点火時期Ａｏｐについての遅角限界ＡＬを設定するとともに、同遅角限界ＡＬよりも遅角側の時期になることのないように最終点火時期Ａｏｐを遅角ガードする制御（遅角ガード制御）を実行することにより、点火時期遅角に伴う失火発生が回避されるようになっている。

そして、このように設定された最終点火時期Ａｏｐに対応するクランク角において、イグナイタ２２ａが駆動されて点火プラグ２２による点火が行われ、混合気が爆発・燃焼するようになる。

ところで、吸入空気量ＧＡ一定の条件下では、リフト量可変機構４２の作動制御を通じて吸気バルブ３０のリフト量が小さく設定されているときほど、内燃機関１０における圧縮端温度及び圧縮端圧力（圧縮上死点での燃焼室１８内の圧力／温度）が高くなる。これは、リフト量の縮小により、吸気バルブ３０部分の吸気通路１２の通路面積が縮小されて同部分における吸入空気の流速が上がり、それに伴う摩擦熱の増加によって燃焼室１８内の吸入空気の温度が高くなるためである。そして、このように圧縮端温度及び圧縮端圧力が高くなることから、リフト量が小さく設定されているときほど、混合気が着火され易くなって失火が発生し難くなり、失火発生の可能性の高くなる点火時期の範囲（失火範囲）が遅角側に広くなると云える。

そこで、本実施の形態では、吸気バルブ３０のリフト量（詳しくは、最大リフト量）が小さく設定されているほど、上記遅角限界ＡＬを遅角側の時期に設定するようにしている。

以下、そうした遅角限界ＡＬを設定する処理を含む上記遅角ガード制御にかかる処理の処理手順について説明する。
図３は、遅角ガード制御処理の具体的な処理手順を示すフローチャートである。このフローチャートに示される一連の処理は、所定周期毎の処理として、上記電子制御装置５０により実行される。

この処理では先ず、機関回転速度及び機関負荷（本実施の形態では、吸入空気量ＧＡ）に基づいて図４に示すマップから上記遅角限界ＡＬについての基本値ＡＬｂが算出される（ステップＳ１００）。この基本値ＡＬｂとしては、リフト量可変機構４２を通じて吸気バルブ３０のリフト量が所定量（本実施の形態では最大量）に制御されている状況下において失火発生を回避することの可能な点火時期のうちの最も遅角側の時期が算出される。上記マップは、機関回転速度及び機関負荷により定まる機関運転状態と上記基本値ＡＬｂとの関係が実験などによって求められ、設定されている。

その後、吸気バルブ３０のリフト量（正確には、最大リフト量）に基づいてリフト補正量Ｋｖｌが算出される（ステップＳ１０２）。図５に示すように、リフト補正量Ｋｖｌとしては、吸気バルブ３０のリフト量が大きいほど小さい値が算出され、同リフト量が最大量に設定されているときには「０」が算出される。このリフト補正量Ｋｖｌは基本値ＡＬｂを吸気バルブ３０のリフト量に応じて補正するための補正量であり、同リフト補正量Ｋｖｌが大きい値であるほど上記遅角限界ＡＬが遅角側の時期になる。

そして、下式のように、上記基本値ＡＬｂにリフト補正量Ｋｖｌを加算することによって上記遅角限界ＡＬが算出される（ステップＳ１０４）。

ＡＬ←ＡＬｂ＋Ｋｖｌ

その後、上述した態様で算出されている最終点火時期Ａｏｐが読み込まれるとともに（ステップＳ１０６）、同最終点火時期Ａｏｐと上記遅角限界ＡＬとが比較される（ステップＳ１０８）。

そして、最終点火時期Ａｏｐが遅角限界ＡＬよりも遅角側の時期である場合には（ステップＳ１０８：ＹＥＳ）、最終点火時期Ａｏｐとして遅角限界ＡＬが設定される（ステップＳ１１０）。

一方、最終点火時期Ａｏｐが遅角限界ＡＬと等しい場合、或いは最終点火時期Ａｏｐが遅角限界ＡＬよりも進角側の時期である場合には（ステップＳ１０８：ＮＯ）、最終点火時期Ａｏｐは変更されない。

このように、遅角限界ＡＬをもとに最終点火時期Ａｏｐを遅角ガードする処理が実行された後、本処理は一旦終了される。
以下、このように遅角限界ＡＬを設定することによる作用について、図６を参照しつつ説明する。

なお、図６は機関回転速度及び機関負荷一定の条件下における遅角限界ＡＬの設定態様の一例を示している。また同図にあって、実線には上記遅角限界ＡＬの一例を示し、一点鎖線にはその比較例として、吸気バルブ３０のリフト量に拘わらず一定の時期が設定される従来の装置における限界遅角を示している。

同図に示すように、上記遅角限界ＡＬ（実線）が、リフト量可変機構４２によって変更されるリフト量に応じたかたちで、換言すれば、リフト量が小さく設定されているときほど遅角側に広くなる上記失火範囲に即したかたちで設定されるようになる。これにより、内燃機関１０における失火発生を的確に抑制することができるようになる。

しかも、遅角限界（一点鎖線）として一定の値が設定される従来の装置と比べて、同図中に斜線で示す分だけ点火時期の設定可能範囲を広くすることができ、点火時期設定の自由度を高くすることもできる。

以上説明したように、本実施の形態によれば、以下に記載する効果が得られるようになる。
（１）点火時期設定の自由度を高く維持しつつ、失火発生を的確に抑制することができるようになる。

（２）リフト量可変機構４２を通じて吸気バルブ３０のリフト量が小さく設定されているときほど遅角限界ＡＬを遅角側の時期に設定したために、同遅角限界ＡＬとして、リフト量の可変制御による上記失火範囲の変化に即した適正な時期を設定することができるようになる。

なお、上記各実施の形態は、以下のように変更して実施してもよい。
・リフト補正量Ｋｖｌを算出するための算出パラメータとして、吸気バルブ３０のリフト量に加えて機関回転速度や機関負荷を用いるようにしてもよい。ここで、リフト量が小さく設定されているほど内燃機関１０における圧縮端温度及び圧縮端圧力が高くなることは前述したが、更にそうした圧縮端温度及び圧縮端圧力の上昇量は吸入空気量ＧＡが多いほど大きくなる。これは、吸入空気量ＧＡの多いときほど、前述した吸気バルブ３０部分における吸入空気の流速の上昇量や、それに伴う摩擦熱の増加量が大きくなるためである。したがって、吸気バルブ３０のリフト量の縮小に伴う前記失火範囲への影響は、吸入空気量ＧＡが多いときほど大きくなると云える。この点、上記構成によれば、そうした失火範囲への影響の相違に応じたかたちでリフト補正量Ｋｖｌを設定することができるようになり、遅角限界ＡＬとしてより適正な時期を設定することができるようになる。

・上記実施の形態では、先ず機関回転速度及び機関負荷に基づいて基本値ＡＬｂを算出し、リフト量可変機構４２を通じて変更されるリフト量に基づき同基本値ＡＬｂを補正することにより遅角限界ＡＬを設定するようにした。これに限らず、遅角限界ＡＬを、例えばマップ演算等を通じて、機関回転速度や吸入空気量といった機関運転状態及び上記リフト量に基づいて直接算出することも可能である。要は、遅角限界ＡＬを上記リフト量に応じて可変設定することができるのであれば、遅角限界ＡＬの算出方法は任意に変更可能である。

本発明にかかる点火時期制御装置を具体化した一実施の形態の概略構成図。 リフト量可変機構の作動に基づく吸気バルブのリフト量の変化態様を示すグラフ。 遅角ガード制御処理の具体的な処理手順を示すフローチャート。 基本値の算出に用いるマップのマップ構造を示す略図。 吸気バルブのリフト量とリフト補正量との関係を示すグラフ。 遅角限界の設定態様の一例を示すグラフ。

符号の説明

１０…内燃機関、１２…吸気通路、１４…スロットルバルブ、１８…燃焼室、２０…燃料噴射弁、２２…点火プラグ、２２ａ…イグナイタ、２４…ピストン、２６…クランクシャフト、２８…排気通路、３０…吸気バルブ、３２…排気バルブ、３４…吸気カムシャフト、３６…排気カムシャフト、４２…リフト量可変機構、４４…アクチュエータ、５０…電子制御装置、５２…クランクセンサ、５４…空気量センサ、５６…作動量センサ、５８…ノックセンサ。

Claims (2)

1. 吸気バルブのリフト量を変更するリフト量可変手段を有する内燃機関に適用され、該内燃機関の運転状態に応じて点火時期を遅角制御する点火時期制御装置において、
   前記遅角制御に際して、失火回避にかかる点火時期の遅角限界を設定するとともに、前記リフト量可変手段によって変更されるリフト量に基づいて前記遅角限界を可変設定する
   ことを備えることを特徴とする点火時期制御装置。
2. 請求項１に記載の点火時期制御装置において、
   前記遅角限界は、前記リフト量可変手段によってリフト量が小さく設定されているときほど遅角側の時期に設定される
   ことを特徴とする点火時期制御装置。

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